核心素養(yǎng)引領(lǐng)下的高中生物STEM項目活動研究

羅媛媛

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在高中理科教育中，高中生物作為教學中的重點、難點，為了能夠有效提升學生的學科素養(yǎng)，必須采用新型科學的教學模式。STEM項目活動作為一種綜合型教學方法，能夠有效提升學生的綜合素養(yǎng)，實現(xiàn)高中生物教學的最終目標。基于此，首先分析核心素養(yǎng)和STEM項目活動的含義，進而以相關(guān)生物項目為例，提出核心素養(yǎng)下開展高中生物STEM項目活動的方法。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 高中生物;核心素養(yǎng);STEM項目活動;方法

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）24-0276-02

STEM是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）四門學科英文首字母的縮寫，可以有效提升學生的問題解決能力、團隊協(xié)作能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新與創(chuàng)造能力，提升學生的核心素養(yǎng)。高中生物作為理科教學的重點和難點，為了有效提升學生的綜合素養(yǎng)，必須充分發(fā)揮STEM項目活動的優(yōu)勢，讓學生以項目活動為基準進行學習、探究、合作，從而得到最終的項目結(jié)果，突出學生的主體性，推動學生全面發(fā)展。

一、STEM項目活動相關(guān)闡述

STEM項目活動是科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）四門學科總稱，其中科學讓學習者認識客觀世界，解釋自然客觀規(guī)律;技術(shù)與工程是在全面尊重自然規(guī)律基礎(chǔ)上對世界進行改造、控制、利用、解決問題;數(shù)學是工程學科、技術(shù)領(lǐng)域中的重要工具。由此可見，人類社會中有很多的問題都無法采用單一學科解決，要科學利用多學科共同解決問題。

STEM項目活動重視開放教育動態(tài)課程，要求學生能夠充分利用現(xiàn)有知識解決實際問題，拓展學生的知識體系，讓知識體系變得更具生命力。同時STEM項目活動還強調(diào)各個學科的優(yōu)化整合，通過學科融合解決問題。關(guān)注實驗探究與實踐過程，具有科學性特點;強調(diào)社會共同參與，突出社會性特點。

二、核心素養(yǎng)理念

核心素養(yǎng)是指學生應具備、能夠適應終身發(fā)展、社會發(fā)展必要的能力與品格，是一種潛在的能力素養(yǎng)。通過不斷研究學生的核心素養(yǎng)，是實現(xiàn)立德樹人的重要舉措，也是我國教育與國際教育接軌、提升我國教育競爭力的迫切需求。

生物核心素養(yǎng)作為學科素養(yǎng)的重要組成部分，是指學生參與經(jīng)濟活動、社會活動、生產(chǎn)實踐、個人決策所具備的生物知識、生物探究能力以及相應情感態(tài)度與價值觀等。生物核心素養(yǎng)能夠反映學生對生物領(lǐng)域知識、技能的掌握情況和應用能力，并在已有的基礎(chǔ)上不斷提升科學素養(yǎng)能力。生物學素養(yǎng)作為生物核心素養(yǎng)形成的必備條件，提升每個高中學生生物素養(yǎng)是生物課程標準實施的重要任務(wù)。

三、核心素養(yǎng)下高中生物STEM項目活動開展策略

在STEM項目活動中，需要重點關(guān)注學生共同參與的生物實驗探究，筆者在多年教學中不斷總結(jié)，最終探索出發(fā)展學生生物核心素養(yǎng)的有效途徑。其主要表現(xiàn)在：

（一）掌控生命觀念，體現(xiàn)生命性

由于學生思維品質(zhì)、知識儲備、個性特點、經(jīng)驗累積層面的差異，所以在STEM項目活動需要展開動態(tài)開發(fā)，推動學生個性發(fā)展，學習場所不僅僅局限在班級、學校，而是整個自然生態(tài)，這樣更有助于學生理解生命過程與現(xiàn)象。

如在“種群和群落”章節(jié)學習完成之后，筆者指導學生進行“探究土壤中動物類群豐富度”的研究試驗。學生利用個人時間展開理論學習、實踐操作、校園內(nèi)外動物生境調(diào)查、研究成果交流、研究展示、拓展延伸等活動，走出課堂面向大自然，整個校園、實驗室、校外場地都是學生可以進行研究的場所，運用學生所學知識，積極探索科研機構(gòu)提出的理論指導和技術(shù)支撐，學習不同理化性質(zhì)對土壤動物群落的影響、大型土壤指示動物生態(tài)毒理試驗、土壤動物監(jiān)測等，主動探究生命活動的相關(guān)信息。在整個探究性活動當中，由于是開放的學習內(nèi)容、動態(tài)的活動過程，從而實現(xiàn)課堂知識拓展與延伸。在活動探究當中，學生會自主用生命眼光看待客觀世界、解讀生命現(xiàn)象，從而不斷提升學生的生物認知力、問題解決能力，彰顯出STEM項目活動的生命性。

（二）提升理性思維，彰顯融合性

STEM項目活動鼓勵科學、技術(shù)、工程、數(shù)學的多樣化學科整合，在學生解決實際問題當中不斷培養(yǎng)學生的理性思維。

在學生學習并掌握了微生物知識內(nèi)容后，結(jié)合DNA水平的研究方法開展“當?shù)厮h(huán)境微生物群落組成和多樣性研究活動”，采用科學的學習流程，通過“查詢相關(guān)資料—準備實驗材料—采集實驗樣本—展開實驗—細菌多樣性分析—檢測并分析水質(zhì)情況—分析實驗結(jié)果”學習體系，靈活采用文獻法、樣品采集與分析法、實驗檢測法，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對16SrDNA測序以及PCR克隆技術(shù)，結(jié)合所學的數(shù)學知識繪制出水體微生物的J型、S型曲線，建設(shè)數(shù)學模型，采用概括、歸納、推理、演繹的方法，自主構(gòu)建水體分離細菌系統(tǒng)的模型樹，找出水體當中自己不認識的細菌，為后續(xù)研究新型微生物資源開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。由于當今城市周圍水體污染較為嚴重，學生在自主研究當中也會發(fā)現(xiàn)當?shù)厮w缺乏安全性，不適合與人體直接接觸，需要進一步加強水體管理，特別是城市周邊的生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水等，必須從源頭上加強水環(huán)境的保護。通過整個實驗流程論證出水體安全的生物學社會議題，讓學生以理性思維看待當今環(huán)境的水環(huán)境。

在整個STEM項目活動流程中，學生會充分利用生物知識、數(shù)學知識、物理知識等，實現(xiàn)了多學科的整合應用，為提升學生的問題解決能力、思維能力奠定了基礎(chǔ)。

（三）展開科學探究，突出科學性

STEM項目活動是以學生作為活動主體，需要學生全身心地投入動手實驗當中，在整個實驗流程中，探究、掌握新知識，認識到生物科目的真諦與本質(zhì)。在核心素養(yǎng)背景下，高中生物教學倡導科學探究，這與STEM項目活動理念相吻合，能夠有效提升學生的學科素養(yǎng)。

例如在“對比H2O2在不同條件下的分解”活動中，筆者決定采用“先思考、后實踐”的方法，在多媒體上播放一段本節(jié)課主題的視頻內(nèi)容，學生在觀看實驗視頻過程中即可發(fā)現(xiàn)其中的科學性問題：（1）分別向試管中添加氯化鐵和肝臟研磨粉，可能不利于對比氣泡的產(chǎn)生量;（2）在兩個試管中分別插入帶火星的木條，無法實現(xiàn)帶火星木條同步插入，效果對比不同步;（3）帶火星木條容易觸碰到試管壁直接熄滅;（4）如果采用兩個帶火星木條無法滿足對照實驗中單一變量原則。學生發(fā)現(xiàn)這些問題后，可能會直接影響最終實驗結(jié)果的精度、可靠性。部分學生還提出在對比試管中氧氣濃度等實驗環(huán)節(jié)也存在這種情況。

筆者在課堂上引導學生考慮“是否能夠設(shè)計出同時對兩支試管化學反應產(chǎn)生氣體定性同步對比實驗裝置？”“怎樣保證實驗過程的科學性、合理性？”之后將學生分為若干小組，共同研究以上問題的方案。學生通過查詢資料、小組分析等方法，對實驗要求、對比實驗單一變量進行深度認識和了解，可以有效激發(fā)學生對生物知識的學習興趣，每個小組設(shè)計實驗改進方法。在活動完畢后筆者將學生小組眾多方案進行整合，有一個小組的方案最有創(chuàng)意，該方案通過多次修改，最終可以實現(xiàn)兩支試管化學反應所產(chǎn)生氣體濃度定性對比分析，同步進行實驗操作演示。本次開展的“對比H2O2在不同條件下分解”實驗活動，學生可以全面分析實驗現(xiàn)象與實驗結(jié)果，并從中找出問題，嘗試用生物、物理知識解決實際問題，提升學生間的探究能力、合作能力、創(chuàng)造能力。

（四）強化社會責任，體現(xiàn)社會性

STEM項目活動關(guān)注社會熱點、難點話題展開實驗研究，而對社會熱點話題，學生通過開展STEM項目活動也能夠感受到更深層次的含義，從而提升學生的社會責任，體現(xiàn)STEM項目活動開展的社會性。

如在“花生根莖水煮液對小鼠血糖的影響”項目活動當中，學生針對項目主題內(nèi)容提出個人的看法和觀點，提出相關(guān)問題。教師引導學生查詢資料，對問題展開深度研究并憑借他人觀點，分析課題背景因素。在STEM項目活動當中結(jié)合之前所確定的主題，結(jié)合西藥在降血糖、降血壓方面存在的副作用，提出各項項目，如“玉米須降血糖”“翻白草泡水降血糖和血壓”“蔥須配紅酒降血壓”等。教師引導學生掌握每個課題的核心話題，包括：“如何減少藥物毒性和不良反應”“如何采用更加常見、便捷的方法降血糖、降血壓”等。很多學生針對“花生根莖水煮液對小鼠血糖的影響”項目進行資料查詢，提出閩南有農(nóng)民采用新鮮的花生地下根莖服用治療糖尿病，但是網(wǎng)上搜索的信息不夠完善或不夠詳細，缺乏科學依據(jù)。閩南地區(qū)盛產(chǎn)花生，每年農(nóng)民在花生收完之后，花生根莖直接歸田用作肥料。因此，可以通過本實驗證明花生根莖水可以起到降血糖的作用，這樣既可以開發(fā)出新型降血糖的措施，讓花生根莖變廢為寶，也能夠解決農(nóng)民就地用藥問題，降低花生種植開支，一舉多得。通過該項活動可以讓學生認識到生物知識的作用，能夠有效服務(wù)于社會和個人，從而強化學生的社會責任。

綜上所述，科學展開STEM項目設(shè)計活動，加強科學、技術(shù)、工程、數(shù)學整合，讓學生從實際出發(fā)，通過個人實踐掌握知識的形成過程，創(chuàng)造性地提出客觀問題的解決方案，這樣才能有效提升學生的生物知識應用能力。在STEM項目活動開展當中，教師要以學生展開實驗探究為主，重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、實踐能力、綜合能力，這樣才能夠滿足提升學生生物核心素養(yǎng)的要求。

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◎編輯 馬燕萍